JP2004174704A - アクチュエータ装置及び多軸型ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 脚式移動ロボットの股関節や膝、足首などのように一箇所の関節部位において２軸以上の自由度を持つ関節において適用されるアクチュエータ装置を提供する。
【解決手段】 電源及び制御信号用ハーネスの可動部処理をアクチュエータ・ユニット内部に取り込み、それらの電気接点を出力軸の端面に配設したことで、ハーネスの引き回しが極めて容易となるので、多軸ロボットを簡単に構築することができる。また、直交する２軸のアクチュエータを一体化したことで、多様な関節構造を持つロボットを用意に設計・製作することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気的な信号に基づいて回転などの力を生成するアクチュエータ装置及び多軸型ロボットに係り、特に、ロボットなどの多関節型機械の駆動力として適用されるアクチュエータ装置及び多軸型ロボットに関する。

さらに詳しくは、本発明は、脚式移動ロボットの股関節や膝、足首などのように一箇所の関節部位において２軸以上の自由度を持つ関節において適用されるアクチュエータ装置及び多軸型ロボットに係り、特に、直交する２軸の自由度を容易に構築することができる２軸一体型のアクチュエータ装置及び多軸型ロボットに関する。

電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行なう機械装置のことを「ロボット」という。ロボットの語源は、スラブ語の“ＲＯＢＯＴＡ（奴隷機械）”に由来すると言われている。わが国では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ）であった。

アーム式ロボットのように、ある特定の場所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間でのみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上を自在に移動して、所定の若しくは任意の人的作業を代行したり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に置き換わる種々の幅広いサービスを提供したりすることができる。なかでも脚式の移動ロボットは、クローラ式やタイヤ式のロボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、階段や梯子の昇降や障害物の乗り越えや、整地・不整地の区別を問わない柔軟な歩行・走行動作を実現できるという点で優れている。

最近では、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ）など、脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。

この種の脚式移動ロボットは、一般に、多数の関節自由度を備え、関節の動きをアクチュエータ・モータで実現するようになっている。また、各モータの回転位置、回転量などを取り出して、サーボ制御を行なうことにより、所望の動作パターンを再現するとともに、姿勢制御を行なうようになっている。

ロボットの関節自由度を実現するためにサーボ・モータを用いるのが一般的である。これは、取扱いが容易で、小型且つ高トルクで、しかも応答性に優れているという理由に依拠する。特に、ＡＣサーボ・モータは、ブラシがなく、メンテナンス・フリーであることから、無人化された作業空間で稼動する（例えば自由歩行を行なう）ことが望まれるような脚式ロボットの関節アクチュエータなどに適用することができる。ＡＣサーボ・モータは、回転子（ロータ）側に永久磁石を、固定子（ステータ）側に複数相（例えば３相）のコイルを配置して、正弦波磁束分布と正弦波電流により回転子に対して回転トルクを発生させるようになっている。

脚式移動ロボットは一般に多数の関節で構成されている。したがって、関節自由度を構成するサーボ・モータを小型且つ高性能に設計・製作しなければならない。例えば、脚式移動ロボットの関節アクチュエータとして適用することができる、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・モータなどが既に存在する（例えば、特許文献１を参照のこと）。

従来のユニット化されたアクチュエータは、図１に示すように、アクチュエータ本体から電源及び制御信号用のハーネスが出現している。また、アクチュエータ・モータの回転子に連結された出力軸部には、構造材と接続するための機構しか付加されていない。

このため、ユーザ （又は設計者）がこうしたアクチュエータ・ユニットを用いて多軸ロボットを構築する場合、幾つもの可動部を経由するハーネスの引き回し設計を行なう必要がある。

また、直交する２軸あるいは３軸の関節を構築するために、ベルトやリンク機構を用いて複雑な機構設計を行なう必要がある。

さらに、ロボットの生産性、メンテナンス性の点で、この種のアクチュエータ・ユニットで構成される機体は、必ずしも効率の良いものではない。

特開２０００−２９９９７０号公報

本発明の目的は、ロボットなどの多関節型機械の関節駆動力として適用される優れたアクチュエータ装置及び多軸型ロボットを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、脚式移動ロボットの股関節や膝、足首などのように一箇所の関節部位において２軸以上の自由度を持つ関節において適用される、優れたアクチュエータ装置及び多軸型ロボットを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、組立性、生産性、並びにメンテナンス性を考慮し、直交する２軸の自由度を容易に構築することができる、２軸一体型の優れたアクチュエータ装置及び多軸型ロボットを提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、
モータと、
前記モータの回転子と連動して回転する出力軸と、
前記モータを包む外筐と、
前記外筐の外部に露出する前記出力軸上の端面と、
前記端面上に配設された電源並びに信号用の電気接点部と、
を具備することを特徴とするアクチュエータ装置である。

本発明の第１の側面に係るアクチュエータ装置によれば、電源及び制御信号用ハーネスの可動部処理をアクチュエータ・ユニット内部に取り込み、それらの電気接点を出力軸の端面に配設したことで、ハーネスの引き回しが極めて容易となるので、多軸ロボットを簡単に構築することができる。

ここで、前記出力軸上には、回転を所定の比率で減速する減速部が挿設されていてもよい。

また、モータ出力軸の前記端面上には、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンが形設されていてもよい。

また、アクチュエータ・ユニット内には、マイクロ・コンピュータを始めとする制御回路コンポーネントが内蔵されていてもよい。このような場合、アクチュエータ・ユニットにはロボットを構築するうえで必要な基本的機能や機構をすべて内蔵しているので、経験の浅いエンジニアでも容易にロボットを構築することができる。また、ロボットの組立作業が極めて単純化されるので、生産性が向上する。

また、前記電気接点部から伸びるハーネスが軸部に数回巻設された後に前記制御回路コンポーネントに接続されていてもよい。すなわち、出力軸にハーネスを巻き付けることで、出力軸が回転してもハーネスが切断しないように可動部処理することができる。

また、アクチュエータ・ユニット内には、出力軸が直交するように２つのモータを収容してもよい。直交するＸＹ２軸のアクチュエータを一体化したことで、多様な関節構造を持つロボットを用意に設計・製作することができる。

また、一方のモータ側の出力軸端面に設けた電気接点部から電源及び制御信号を入力するようにしてもよい。Ｘ軸又はＹ軸上の一方の端面に設けた電気接点から電源及び制御信号を入力することで、これら２つの出力軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を所望の動作で駆動することができる。

また、電源及び制御信号の入力に使用していない他方の出力軸端面の電気接点部からは、他のアクチュエータを駆動するための電源及び制御信号を出力するようにしてもよい。この出力は入力された電源及び制御信号から生成される。

また、本発明の第２の側面は、モータを支持する第１の軸受部を備えた第１のモータを収容する第１の収容部と、
前記第１の軸受部とは出力軸が略直交するようにモータを支持する第２の軸受部を備え、前記第１のモータとは空間的に非干渉となるように第２のモータを収容する第２の収容部を備え、
前記第１のモータ及び前記第２のモータを互いの出力軸が略直交するように組み込んだ、
ことを特徴とするアクチュエータ装置である。

本発明の第２の側面に係るアクチュエータ装置によれば、単一のアクチュエータ・ユニット内に直交するＸＹ２軸のアクチュエータを一体化したことで、多様な関節構造を持つロボットを用意に設計・製作することができる。

また、一方のモータ側の出力軸端面に設けた電気接点部から電源及び制御信号を入力するようにしてもよい（電源信号又は制御信号の一方のみでもよい）。Ｘ軸又はＹ軸上の一方の端面に設けた電気接点から電源及び制御信号を入力することで、これら２つの出力軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を所望の動作で駆動することができる。

また、電源及び制御信号の入力に使用していない他方の出力軸端面の電気接点部からは、他のアクチュエータを駆動するための電源及び制御信号を出力するようにしてもよい。この出力は入力された電源及び制御信号から生成される。

また、本発明の第３の側面は、出力軸が直交するように２つのモータを収容し、各モータの出力軸上の端面にそれぞれ電源並びに信号用の電気接点部が配設された２以上のアクチュエータ装置によって関節自由度が構成される、
ことを特徴とする多関節型ロボットである。

前記の各端面上には、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンが形設されていてもよい。このような場合、該出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンで固定される構造材で前記アクチュエータ装置間を結合して、脚部などを構成することができる。

また、少なくとも３つのアクチュエータ装置を用いて多関節型ロボットの脚部を構成することができる。例えば、第１のアクチュエータ装置の出力Ｘ軸が股関節ロール軸に相当するとともに同出力Ｙ軸は股関節ピッチ軸に相当し、第２のアクチュエータ装置の出力Ｘ軸が膝関節ピッチ軸に相当するとともに同出力Ｙ軸は膝関節ロール軸に相当し、第３のアクチュエータ・ユニットの出力Ｘ軸が足首関節ピッチ軸に相当するとともに同出力Ｙ軸は足首関節ロール軸に相当する。

２軸一体型のアクチュエータ・ユニットを用いることにより、６自由度の脚部をわずかな構造材で構築することができる。また、ロボットの組立作業が極めて単純化されるので、生産性が向上する。

前記の各アクチュエータ装置は、一方のモータ側の出力軸端面に設けた電気接点部から電源及び制御信号を入力するとともに、電源及び制御信号の入力に使用していない他方の出力軸端面の電気接点部からは、他のアクチュエータを駆動するための電源及び制御信号を出力するようにしてもよい。

すなわち、上位のアクチュエータ・ユニットから下位のアクチュエータ・ユニットへ電源及び制御信号が伝送されるデージーチェーン（Ｄａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ）接続を採用してもよい。

このような場合、各アクチュエータ装置間の電気接点を接続するハーネスは、可動部のない単一の構造材のみを通過するため、可動に対応したハーネス（高屈曲性ワイヤーなど）を用いる必要がなく、配線も容易である。

本発明によれば、脚式移動ロボットの股関節や膝、足首などのように一箇所の関節部位において２軸以上の自由度を持つ関節において適用される、優れたアクチュエータ装置及び多軸型ロボットを提供することができる。

また、本発明によれば、組立性、生産性、並びにメンテナンス性を考慮し、直交する２軸の自由度を容易に構築することができる、２軸一体型の優れたアクチュエータ装置及び多軸型ロボットを提供することができる。

一般に、２足直立歩行のような高度なるロボットを構築するためには、熟練した技術と経験が必要である。これに対し、本発明に係るアクチュエータ・ユニットには、ロボットを構築する上で必要な基本機能と機構がすべて内蔵されているので、経験が比較的浅い技術者であっても高度なロボットを容易に構築することができる。

また、本発明に係るアクチュエータ・ユニットを用いることで、多種、多様なロボットを容易に構築することができ、また、設計に必要な工数や人員を大幅に削減することができる。

また、本発明に係るアクチュエータ・ユニットを用いることにより、工場におけるロボットの組立作業が極めて単純化されるので、組立性、生産性、並びにメンテナンス性が向上する。

また、アクチュエータ・ユニットが故障した場合、２端面のアクチュエータ出力軸部分を外すことにより電気的な接続を完全に切断することができるので、交換修理を極めて容易に行なうことができる。

また、本発明に係るアクチュエータ間を接続するために、可動に対応したハーネス（高屈曲性ワイヤなど）を用いる必要がないので、低コストで実装することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

本発明は、多軸ロボット、とりわけ股関節や膝、足首などのように一箇所の関節部位において２軸以上の自由度を持つ関節において適用されるアクチュエータ・ユニットを提供するものである。

図２には、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ・ユニットの外観構成を示している。

図示の通り、アクチュエータ・ユニットは、断面略Ｕ字形状の外筐のＵ字正面並びに上面に、直交する２つの出力軸（以下では、それぞれＸ軸、Ｙ軸とする）が構成される。

また、このＵ字正面並びに上面それぞれの出力軸上の端面には、電源並びに信号用電気接点を有している他、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための４つの出力軸固定用ネジ穴と、突起状の回り止めピンが形設されている。これら出力軸固定用ネジ穴並びに回り止めピンは、アクチュエータ・ユニットの出力端と機械的に係合し且つ電気的に接合するソケット（後述）への取り付け（螺着）並びに取り付け位置の位置決めに使用される。

アクチュエータ内部には、マイクロ・コンピュータを始めとする制御回路コンポーネント（図示しない）が内蔵されている。Ｘ軸又はＹ軸上の一方の端面に設けた電気接点から電源及び制御信号を入力することで、これら２つの出力軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を所望の動作で駆動することができるという仕組みになっている。

電源及び制御信号の入力に使用していない残りの端面の電気接点からは、他のアクチュエータを駆動するための電源及び制御信号が出力される。この出力は入力された電源及び制御信号から生成される。

後述するように、電源及び制御信号用ハーネスの可動部処理をアクチュエータ・ユニット内部に取り込み、それらの電気接点を出力軸の端面に配設している。これによって、ハーネスの引き回しが極めて容易となるので、多軸ロボットを簡単に構築することができ、組立性、生産性、並びにメンテナンス性が向上する。

図３には、図２に示したアクチュエータ・ユニットを用いて、２足直立歩行を行なうロボットの脚部を構築した例を示している。

図示の例では、アクチュエータ・ユニット１１、１２、１３を同図（ａ）のような姿勢並びに位置関係で配設し、さらに、同図（ｂ）のように構造材２１、２２、２３で結合している。

図３に示す脚部構造では、アクチュエータ・ユニット１１のＸ軸、Ｙ軸、及びアクチュエータ・ユニット１２のＹ軸により３自由度の股関節を構成している。また、アクチュエータ・ユニット１２のＸ軸が膝関節、アクチュエータ・ユニット１３のＸ軸、Ｙ軸が足首関節を構成している。すなわち、アクチュエータ・ユニット１１の出力Ｘ軸は股関節ロール軸に相当し、同ユニット１１の出力Ｙ軸は股関節ピッチ軸に相当する。また、アクチュエータ・ユニット１２の出力Ｘ軸は膝関節ピッチ軸に相当し、同ユニット１２の出力Ｙ軸は膝関節ロール軸に相当する。また、アクチュエータ・ユニット１３の出力Ｘ軸は足首関節ピッチ軸に相当し、同ユニット１３の出力Ｙ軸は足首関節ロール軸に相当する。

図３に示す例からも分かるように、本実施形態に係る２軸一体型のアクチュエータ・ユニットを用いることにより、６自由度の脚部をわずかな構造材で構築することができる。また、ハーネスの引き回しが極めて容易となるので、多軸ロボットを簡単に構築することができ、組立性、生産性、並びにメンテナンス性が向上する。

図４には、図３に示した脚部の電気的接続経路を示している。図示の通り、上位層からの電源及び制御信号は、接点１１Ｙから入力され、アクチュエータ・ユニット１１内部の回路を経由して接点１１Ｘから出力される。

また、アクチュエータ・ユニット１１の接点１１Ｘから出力された電源及び制御信号は、次のアクチュエータ・ユニット１２の接点１２Ｙに入力され、同ユニット１２内部の回路を経由して接点１２Ｘから出力され、次のアクチュエータ・ユニット１３の接点１３Ｘに入力される。

このように、上位（若しくは中央コントローラ（図示しない）からの距離がより近い）のアクチュエータ・ユニットから下位（若しくは中央コントローラからの距離が遠い）のアクチュエータ・ユニットへ、デージーチェーン（Ｄａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ）方式により接続し、電源及び制御信号が伝送される。

アクチュエータ・ユニット１１とアクチュエータ・ユニット１２間を接続する接点１１Ｘと接点１２Ｙ、あるいは、アクチュエータ・ユニット１２とアクチュエータ・ユニット１３間を接続する接点１２Ｘと接点１３Ｘを接続するハーネスは、可動部のない単一の構造材のみを通過するため、可動に対応したハーネス（高屈曲性ワイヤーなど）を用いる必要がなく、配線も容易である。

上述の説明からも分かるように、本実施形態に係るアクチュエータ・ユニットは、２軸一体で且つ、出力軸上に電源及び信号用電気接点を配置しているので、多軸ロボットを容易に構築することができる。すなわち、ハーネスの引き回しが極めて容易となるので、多軸ロボットを簡単に構築することができ、組立性、生産性、並びにメンテナンス性が向上する。

図１１及び図１２には、本実施形態に係るアクチュエータ・ユニットを構造体に組み立てる様子を示している。

図示の例では、構造体は、アクチュエータ・ユニットの一方の出力端Ｘとの電気接点を持った略Ｌ字形状の部材と、このＬ字の先端面に取り付けられる軸受部材で構成される。

そして、図１２に示すように、略Ｌ字形状の部材と軸受部材がＸ軸方向に挟み込むようにして、アクチュエータ・ユニットと組み立てられる。出力軸Ｘ回りに回動可能に取り付けられている。略Ｌ字形状の構造部材は、Ｌ字の足底側にアクチュエータ・ユニットの出力端Ｘと電気的に接合する受容面（図示しない）を備えている。この受容面には、出力端Ｘが持つ回り止めピンと係合する凹部並びに出力軸固定用ネジ穴へネジを貫挿させるためのネジ用穴（いずれも図示しない）が形設されている。

図１２に示す組み立てられた状態では、アクチュエータ・ユニットは、Ｘ軸駆動用のモータ自体は自由回転可能であるが、アクチュエータ・ユニットとしては、±１８０度又はそれ以下の回転自由度となる。

アクチュエータ・ユニットを回動可能に支持する構造体は、図１１及び図１２に示した構造・形状に限定されるものではなく、要するにアクチュエータ・ユニットの一方の出力端において当該出力軸回りに回動可能に支持できる範囲内で変更・変形が可能である。

また、図１１及び図１２には描いていないが、他方の出力端Ｙも、同様の構造体によって出力軸Ｙ回りに回動可能に支持される。そして、図１１及び図１２に示した出力端Ｘ側の支持体と、図示しない出力端Ｙ側の支持体は、アクチュエータ・ユニットに対しそれぞれ直交する回転方向の自由度を持つことになる。

図１３には、アクチュエータの出力軸の端面に配設された電気接点（コネクタ）の上面、側面、並びに側方から眺めた様子を示している。図示の通り、電気接点は、複数（図示の例では５個）の平面状の端子が配列されており、その裏面側からは、ユニット内部の配線と接続するためのハーネス接続用半田端子が突設している。

図５には、図１に示したアクチュエータ・ユニットを直交する出力軸と略平行な平面で分割し、その内部構成を示している。また、図６には、図５とは反対方向からユニット内部を眺めた様子を示している。

同図に示すように、アクチュエータ・ユニット内では、２つのモータ３１とモータ３２が直交して配設されている。より具体的には、同ユニット内には、一方のモータ３１を収容するための第１の収容スペースと、他方のモータ３２を、モータ３１とは空間的に非干渉となるように収容するための第２の収容スペースが設けられている。

第１の収容スペースは、アクチュエータ・ユニット外筐（ハウジング）の略Ｕ字の下方を占め、奥行き方向すなわちＸ軸方向にモータ３１の出力軸Ｘを設定するようにその軸部３１−１を回転可能に軸支する一対の軸受１１１及び１１２を備えている。出力軸Ｘの一端には、モータ３１の回転を所定の減速比にて減速するためのギア部５１が設けられており、軸受１１１によって支持されている。

また、第２の収容スペースは、アクチュエータ・ユニット外筐の略Ｕ字の上方を占め、略Ｕ字の高さ方向すなわちＹ軸方向にモータ３２の出力軸Ｙを設定するようにその軸部３２−１を回転可能に軸支する一対の軸受１２１及び１２２を備えている。出力軸Ｙの一端には、モータ３２の回転を所定の減速比にて減速するためのギア部５２が設けられており、軸受１２１によって支持されている。

図５に示すように、モータ３１側の出力軸Ｘの軸部３１−１は、略Ｕ字形状をなす外筐の奥行きにほぼ等しい長さを持つ。すなわち、出力軸Ｘを支持する各軸受部１１１並びに１１２は、それぞれ外筐の正面並びに背面に配設されている。

これに対し、モータ３２側の出力軸Ｙの軸部３２−１は、略Ｕ字形状をなす外筐の高さ方向を向いているが、モータ３１に干渉しないように、短めに形成されている。すなわち、出力軸Ｙを支持する一方の軸受部１２１は略Ｕ時形状をなす外筐の上面に配設され、他方の軸受部１２２は出力軸Ｘとは非干渉となるようユニット略中央に配設されており、これが第１及び第２の収容スペースの仕切りとなっている。

図７には、モータ３１の外観構成を示している。モータ３２のそれも略同一であると理解されたい。モータ本体は略円筒形状に構成され、一方の端面からは回転軸が突出しており、その略先端にはピニオン・ギアが一体的に取り付けられている。

図５に示したように、アクチュエータ・ユニットの出力軸Ｘは、軸受１１１及び１１２によって回転可能に支持されている（前述）。図８には、出力軸Ｘの正面、側面、並び側方から眺めた断面を示している。

出力軸Ｘの端面には、電気接点６１が露出しているとともに、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンが複数形設されている。これら出力軸固定用ネジ穴並びに回り止めピンは、アクチュエータ・ユニットの出力端と機械的に係合し且つ電気的に接合するソケットへの取り付け並びに取り付け位置の位置決めに使用される（前述）。

また、出力軸Ｘの出力端には、ギア部５１が一体的に取り付けられている。このギア部５１は、モータ３１側のピニオン・ギア（前述）と噛合し、モータ３１の回転を出力軸Ｘに伝達するようになっている。したがって、モータ３１の回転がアクチュエータ・ユニットの出力軸Ｘにおける駆動となって出力される。

また、図５に示したように、アクチュエータ・ユニットの出力軸Ｙは、軸受１２１及び１２２によって回転可能に支持されている（前述）。図９には、出力軸Ｙの正面、側面、並び側方から眺めた断面を示している。

出力軸Ｙの端面には、電気接点６２が露出しているとともに、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンが複数形設されている。これら出力軸固定用ネジ穴並びに回り止めピンは、アクチュエータ・ユニットの出力端と機械的に係合し且つ電気的に接合するソケットへの取り付け並びに取り付け位置の位置決めに使用される（同上）。

また、出力軸Ｙの出力端には、ギア部５２が一体的に取り付けられている。このギア部５２は、モータ３２側のピニオン・ギア（前述）と噛合し、モータ３１の回転を出力軸Ｙに伝達するようになっている。したがって、モータ３２の回転がアクチュエータ・ユニットの出力軸Ｙにおける駆動となって出力される。

なお、上述したように、出力軸Ｘは、略Ｕ字形状をなす外筐の奥行きとほぼ等しい長さを持つのに対し、出力軸Ｙは、出力軸Ｘに干渉しないよう、外筐の高さの半分程度又はそれ以下の長さしか持たない。図８と図９の比較からも分かるように、出力軸Ｙは出力軸Ｘよりも短めに構成されている。

図１０には、モータ３２と出力軸Ｙの位置関係を示している。図示しないが、軸長を除いては、モータ３１と出力軸Ｘとの位置関係もこれと略同一であると理解されたい。

モータ３２の回転軸には、ピニオン・ギアが取り付けられている（前述）。このピニオン・ギアが出力軸Ｙ側のギア部５２と噛合し、モータ３２の回転軸と出力軸Ｙとが平行となるように、アクチュエータ・ユニット内で配置される。このギア部５２は、軸受１２２によって回転可能に支持されており、モータ３２の回転は、ピニオン・ギアとギア部５２との歯数に応じた減速比で減速されて、出力軸Ｙに伝達される。

なお、図示の例では１段の減速機構となっているが、ピニオン・ギアとギア部５２間にさらに１以上のギアを介在させ、多段の減速機構により所望の減速比を得るようにしてもよい。

再び図５を参照しながら説明すると、電気接点６２から伸びるハーネス２は、軸部３２−１に数回巻きつけられた後、アクチュエータ・ユニット内の制御基板（図示しない）に接続されている。同様に、電気接点６１から伸びるハーネスは（図示しない）、軸部３１−１に数回巻き付けられた後、アクチュエータ・ユニット内の制御基板に接続されている。

このように、モータの軸部にハーネスを巻設することで、出力軸が回転（但し、可動範囲は±１８０度程度とする）しても、ハーネスが切断しないように可動部処理される。また、巻き付け構造とすることにより、膨大回数にわたり出力軸の作動が繰り返されても、ハーネス２は疲労を起こしにくい。

［追補］
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。

本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

従来のアクチュエータ・ユニットの構成を示した図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ・ユニットの外観構成を示した図である。 図３は、図２に示したアクチュエータ・ユニットを用いて、２足直立歩行を行なうロボットの脚部を構築した例を示した図である。 図４は、図３に示した脚部の電気的接続経路を示した図である。 図５は、図１に示したアクチュエータ・ユニットの内部構成を示した図である。 図６は、図１に示したアクチュエータ・ユニットの内部構成を示した図である。 図７は、モータ３１及び３２の外観構成を模式的に示した図である。 図８は、出力軸Ｘの正面、側面、並びに側方から眺めた断面を示した図である。 図９は、出力軸Ｙの正面、側面、並びに側方から眺めた断面を示した図である。 図１０は、モータ３２と出力軸Ｙの位置関係を示した図である。 図１１は、アクチュエータ・ユニットを構造体に組み立てる様子を示した図である。 図１２は、アクチュエータ・ユニットを構造体に組み立てる様子を示した図である。 図１３は、アクチュエータの出力軸の端面に配設された電気接点（コネクタ）の上面、側面、並びに側方から眺めた様子を示した図である。

符号の説明

２…ハーネス
１１，１２，１３…アクチュエータ・ユニット
２１，２２，２３…構造材
３１，３２…モータ
３１−１，３２−１…軸部
５１，５２…ギア部
６１，６２…電気接点
１１１，１１２…軸受
１２１，１２２…軸受

Claims (21)

1. 出力軸が直交するように２つのモータを収容し、各モータの出力軸上の端面にそれぞれ電源並びに信号用の電気接点部が配設された２以上のアクチュエータ装置によって関節自由度が構成される、
   ことを特徴とする多関節型ロボット。
2. 前記の各端面上には、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンが形設され、該出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンで固定される構造材で前記アクチュエータ装置間が結合されてなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多関節型ロボット。
3. 少なくとも３つのアクチュエータ装置を用い、
   第１のアクチュエータ装置の出力Ｘ軸が股関節ロール軸に相当するとともに同出力Ｙ軸は股関節ピッチ軸に相当し、
   第２のアクチュエータ装置の出力Ｘ軸が膝関節ピッチ軸に相当するとともに同出力Ｙ軸は膝関節ロール軸に相当し、
   第３のアクチュエータ・ユニットの出力Ｘ軸が足首関節ピッチ軸に相当するとともに同出力Ｙ軸は足首関節ロール軸に相当する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多関節型ロボット。
4. 前記の各アクチュエータ装置は、一方のモータ側の出力軸端面に設けた電気接点部から電源及び制御信号を入力するとともに、電源及び制御信号の入力に使用していない他方の出力軸端面の電気接点部からは、他のアクチュエータを駆動するための電源及び制御信号が出力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多関節型ロボット。
5. 上位のアクチュエータ・ユニットから下位のアクチュエータ・ユニットへ電源及び制御信号が伝送されるデージーチェーン（Ｄａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ)接続を採用する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多関節型ロボット。
6. アクチュエータ装置を介して連結される第１のリンク及び第２のリンクとから構成されるロボット用関節装置において、
   前記アクチュエータ装置は、第１の出力軸と前記第１の出力軸を駆動する第１のモータ部、及び前記第１の出力軸と直交する第２の出力軸と前記第２の出力軸を駆動する第２のモータ部とがハウジング内に収容されたアクチュエータ・ユニットで構成され、
   前記第１のリンクは前記第１の出力軸に、前記第２のリンクは前記第２の出力軸に接続されている、
   ことを特徴とするロボット用関節装置。
7. モータと、
   前記モータの回転子と連動して回転する出力軸と、
   前記モータを包む外筐と、
   前記外筐の外部に露出する前記出力軸上の端面と、
   前記端面上に配設された電源並びに信号用の電気接点部と、
   を具備することを特徴とするアクチュエータ装置。
8. 前記出力軸上には、回転を所定の比率で減速する減速部が挿設されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ装置。
9. 前記端面上には、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンが形設されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ装置。
10. マイクロ・コンピュータを始めとする制御回路コンポーネントが内蔵されている、
    ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ装置。
11. 前記電気接点部から伸びるハーネスが軸部に数回巻設された後に前記制御回路コンポーネントに接続される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ装置。
12. 出力軸が直交するように２つのモータを収容する、
    ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ装置。
13. 一方のモータ側の出力軸端面に設けた電気接点部から電源及び制御信号を入力する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ装置。
14. 電源及び制御信号の入力に使用していない他方の出力軸端面の電気接点部からは、他のアクチュエータを駆動するための電源及び制御信号が出力される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のアクチュエータ装置。
15. モータを支持する第１の軸受部を備えた第１のモータを収容する第１の収容部と、
    前記第１の軸受部とは出力軸が略直交するようにモータを支持する第２の軸受部を備え、前記第１のモータとは空間的に非干渉となるように第２のモータを収容する第２の収容部を備え、
    前記第１のモータ及び前記第２のモータを互いの出力軸が略直交するように組み込んだ、
    ことを特徴とするアクチュエータ装置。
16. 前記第１の収容部及び／又は前記第２の収容部は、軸支するモータの出力軸上に、回転を所定の比率で減速する減速部を備える、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のアクチュエータ装置。
17. 前記第１の収容部及び／又は前記第２の収容部は、軸支するモータの出力軸上の端面上に配設された電源並びに信号用の電気接点部を備える、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のアクチュエータ装置。
18. 前記モータの出力軸上の端面には、出力軸とリンクや外筐などの構造材を接続するための出力軸固定用ネジ穴又は回り止めピンが形設されている、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のアクチュエータ装置。
19. 前記第１の収容部及び前記第２の収容部にそれぞれ収容されているモータの駆動を制御するための、マイクロ・コンピュータを始めとする制御回路コンポーネントが内蔵されている、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のアクチュエータ装置。
20. 前記電気接点部から伸びるハーネスが前記モータの軸部に数回巻設された後に前記制御回路コンポーネントに接続されている、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ装置。
21. 一方のモータ側の出力軸端面に設けた電気接点部から電源及び制御信号を入力し、他方のモータ側の出力軸端面に設けた電気接点部から電源及び制御信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ装置。
    

Images